Alumiinium on hinnatud materjal: seda on palju ning see odav, kerge ja vastupidav. Paraku tekib alumiiniumimaagi puhastamisel lademetes jääkainet ehk punast muda. Tegu on punaka sööbiva lägaga, kus segunevad metalli- ja ränirikkad oksiidid ning sageli ka radioaktiivsed ja haruldased muldmetallid.

Punast muda koguneb kõikjal üle maailma üha rohkem. Üleilmselt on kas jäätmetiikidesse või -küngastesse ladustatud ligi kolm miljardit tonni punast muda, mis teeb sellest ühe planeedi levinuma jääkaine. Sealjuures tekitavad alumiiniumitehased seda igal aastal 150 miljoni tonni jagu juurde.

Punasest mudast on nüüdseks saanud õnnetus, mis hüüab tulles. 2010. aastal andis Ungaris järele ühe jäätmetiigi muldtamm, misjärel ujutas kahe meetri kõrgune mudakiht üle Ajka linnakese. Üleujutuses hukkus 10 inimest ning 150 inimest said tugevalt keemiliselt põletada. Isegi kindlalt ladustatuna võib punane muda oma aluselisuse tõttu lekkida, mürgitada põhjavett ning kahjustada ümberkaudseid jõgesid ja ökosüsteeme.

Nende ohtude, aga ka üha karmimaks muutuvate regulatsioonide valguses otsivad teadlased üle maailma võimalusi, kuidas punast muda ümber töötada ja taaskasutada. Osa teadlasi arendab viise, kuidas mudast haruldasi väärismetalle kätte saada, teine osa püüab mudast valmistada tsementi või telliseid. Kuigi need püüdlused annavad probleemi ohjamiseks veidi lootust, pole teadlaste sõnul tootmispiirangute lähenedes võimalik enam vanaviisi jätkata.

Mitmetahuline mure

Iseenesest on alumiinium maailmas üks enim ümber töötatud materjale: tervelt 75 protsenti maailmas iial toodetud alumiiniumist on endiselt kasutuses. Paraku kasvab nõudlus uue järele pidevalt.

Alumiiniumi tootmisel kaevandatakse esmalt boksiiti ehk kivirikast alumiiniumoksiidi, mis sisaldab hulganisti muidki elemente nagu räni, rauda ja titaani. Boksiidist eraldatakse alumiinium, kombineerides söövitavaid kemikaale, kuumutamist ja elektrit.

Tootmisel tekkiv jääk on raua tõttu enamasti punast värvi. Paraku võib muda koostis piirkonniti ja maagiti sedapalju erineda, et Worcesteri Polütehnilise instituudi materjaloteadlase Brajendra Mishra sõnul on ühtainumast lahendust on mudaprobleemile võimatu leida.

Odavam skandium?

Üks pealtnäha toimiv lahendus on kasutada punast muda skandiumiallikana. Skandium on haruldane muldmetall, mida kasutatakse metallisulamite tugevdamiseks. Näiteks on alumiiniumi ja skandiumi sulam kuni 40 protsenti tugevam kui puhas alumiinium. Sestap huvituvad sulamist näiteks lennukitootjad, kes saaksid selle abil ehitada kergemaid ja väiksema kütusekuluga lennukeid. Praegu maksab üks skandiumikilo paraku 3500 USA dollarit ehk uue ja odavama allika leidmine oleks tootjatele tervitatav.

Teadlased on leidnud punasest mudast skandiumi eraldamiseks erinevaid mooduseid. Näiteks kasutab Ateena rahvusliku tehnikaülikooli metallurgiainseneri Efthymios Balomenose juhitav uurimisrühm selleks nii väävelhapet kui ka ioonvedelikke. Balomenose sõnul kataks mudast saadud muldmetall 10 protsenti Euroopa skandiuminõudlusest.

Maailma üks suurimaid alumiiniumitootjaid Rusal juba ehitab Uuralitesse piloottehast, kus hakatakse samalaadsetel meetoditel skandiumi tootma. Paraku leidub skandiumi punases mudas vaid vahekorras 140 osakest ühe miljoni osakese kohta. Leuveni katoliikliku ülikooli mehhaanikainseneri Yiannis Pontikese sõnul jääb 99,99 protsenti jäägist ikkagi üle.

Vastupidavamad ehitised?

Muud võimalikud lahendused kasutavad ära suuremat osa mudast. Üks võimalus on kasutada punast muda rauarikka tsemendi tootmiseks, sest muda koosneb üldjuhul 40–70 protsendi ulatsues raudoksiidist. Maailmas kulub igal aastal üle nelja miljardi tonni tsemendi, enamasti betooni sideainena. Tüüpilisim variant on Portlandi tsement, mida valmistatakse veega kokkupuutel kõvenevast kaltsiumsilikaadist.

2015. aastal leidsid Uus-Meremaa teadlased aga, et lisades punasele mudale tsemendi tüüpilist lisandit ränidioksiidi auru ning väheses koguses rauda, saab tulemuseks Portlandi tsemendiga võrreldava materjali.

Yiannis Pontikes ja kolleegid arendavad seda teadustööd edasi, otsides viise, kuidas toota tsementi erineva rauasisaldusega punastest mudadest. Nad loodavad mudast ammutada ühtaegu nii tsemendisegule lisatavat rauda kui ka kõvenemisrekatsiooni vallandavat aluselist osist. Nüüdseks toodab Pontikesi labor päevas juba ligi 1000 kilogrammi rauarikast tsementi. Nad on materjali kasutanud erinevates esitlusprojektides: näiteks valmistasid teadlased kahetonnise ülikõvast betoonist trepi.

Punasest mudast võib saada teisigi ehitusmaterjale. Pontikes ja kolleegid leidsid, et kui lisada mudale umbes 10 protsenti savi ja silikaatmineraale ning seda segu ahjus põletada, valmivad tellised, mis taluvad kuni 80 megapaskali suurust survejõudu. Seda on 40 korda rohkem, kui tavalised tellised vastu peaksid. Uurimisrühm otsib nüüd viise, kuidas sama tehnikaga valmistada kõike katusekividest tänavasillutiseni.

Kliimapäästja?

Oma keemilistelt omadustelt suudab punane muda neelata ja siduda ka süsihappegaasi (CO2). Austraalia alumiiniumitootja Alcoa kihistab CO2-e punasesse mudasse, misjärel tekib õrn hape, mis reageerib aluselise saastega. Reaktsiooni tulemusel tekivad karbonaatmineraalid, mis muudavad muda punaseks liivaks, mida saab kasutada teepeenarde tasandamiseks.

Ettevõtte hinnangul suudab ühes alumiiniumitehases tekkiv punane muda siduda aastas kuni 70 000 tonni CO2-e. Sama palju CO2 võiks atmosfäärist kaduda juhul, kui lõpetada üle 15 000 auto kasutamine.

Viimane sõna jääb tarbijale

Paraku võivad eelnimetatud lootusekiired Efthymios Balomenose sõnul kustuda nagu varasemadki on kustunud. Alates 1964. aastast on teadlased tema sõnul patenteerinud umbes 700 võimalust punase muda kasutamiseks, et toota kõike dekoratiivkeraamikast väetiseni. Ometi töötatakse praegu ümber ainult kolm protsenti mudast.

Seniste ideede läbikukkumise üks põhjus võib olla, et mudast tahetakse valmistada tooteid, mida on niisamagi odav ja mugav toota. Pealegi pole punast muda käsitseda lihtne. Näiteks hoiavad rauatootjad muda kasutusest kõrvale, sest söövitavad jäägid hävitaksid nende sulatusahjude võtmeosi. Brajendra Mishra sõnul on rauatööstusel võtta ka palju kvaliteetsemaid rauamaake.

Efthymios Balomenose sõnul aitaks mudakasutuse arengule kaasa see, kui riigid kehtestaks alumiiniumitootjatele kas jäätmevabaduse nõude või muu stiimuli, mis paneks ettevõtteid muda ladustamise asemel ümber töötama. Euroopa Liit on näiteks kaalunud prügilatesse ladustatud jääkide maksustamist, kuid siingi pole mõttest kaugemale jõutud.

Teine takistus peitub Balomenose sõnul rahvusvahelises vastasseisus ohtlike materjalide liikumisele üle riigipiiride. Nii on tülikas ja kallis transportida punast muda, mis sisaldab kas või pisut raskemetalle või jälgi radioaktiivsusest. Ladustamine tuleb ettevõtetele Balomenose sõnul lihtsalt odavam ja hõlpsam.

Lõpuks tekib küsimus ka tarbija suhtumise kohta. Isegi kui teadlased ja insenerid leiavad punasele mudale praktilisi kasutusviise, jääb mudast valmistatud toodete müügiedus viimane sõna Yiannis Pontikese sõnul ikkagi tarbijale.

Artikkel ilmus ajakirjas Science.